Czy promieniowanie wywołuje mutacje?

Temat mutacji wywołanych promieniowaniem pojawia się jak cień, ilekroć poruszana jest kwestia radiacji. Mutacje popromienne są jedną z najważniejszych przyczyn lęku przed promieniowaniem z racji ich przerażającej formy i oddalenia w czasie od napromieniowania, a także niewykrywalności promieniowania przez nasze zmysły. Wszystko oczywiście przy akompaniamencie popkultury, epatującej wizerunkami popromiennych zombie oraz niewiadomego pochodzenia fotografiach, mających przedstawiać dzieci zdeformowane po katastrofie w Czarnobylu.

Wiedzę przeciętnego Kowalskiego na temat promieniowania jonizującego można podsumować w ten sposób: napromieniowany obiekt sam promieniuje [mit nr 1] i/lub świeci światłem widzialnym [mit nr 2], a od narażenia na promieniowanie może wyrosnąć druga głowa lub trzecia ręka. Od razu albo po krótkim czasie [mit nr 3].

Zerknijmy więc na fakty.

Mutacje, czyli nagłe, skokowe zmiany materiału genetycznego komórki, występują stale, w jednej komórce codziennie może mieć miejsce i milion mutacji (!). Zwykle mają charakter losowy, na skutek błędów polimerazy DNA. Przede wszystkim, nie wszystkie są szkodliwe, niektóre mogą być neutralne lub nawet korzystne z punktu widzenia ewolucji, ale tych jest akurat mniejszość. Mutacje mogą też zostać wywołane przez czynniki środowiskowe, tzw. mutageny. Do mutagenów zalicza się wiele substancji chemicznych, zarówno organicznych (dioksyny, aflatoksyny), jak i nieorganicznych (dwuchromian potasu, kadm, arsen)*, a także czynniki fizyczne, w tym promieniowanie jonizujące, ultrafioletowe oraz działanie temperatury (tak, np. częste picie gorących napojów może wywołać raka krtani). W przypadku promieniowania działanie szkodliwe polega na powodowaniu poprzecznych pęknięć całych chromosomów, których następnie mogą się łączyć odwrotnymi końcami lub z innymi chromosomami, albo nie łączyć wcale. Promieniowanie może niszczyć DNA przez bezpośrednie działanie na jego nić:

https://teachnuclear.ca/all-things-nuclear/radiation/biological-effects-of-radiation/effects-of-ionizing-radiation-on-dna/

Może również uszkadzać je w sposób pośredni, dokonując najpierw rozkładu (radiolizy) wody. Powstają wówczas jony i rodniki, które następnie atakują DNA:

https://teachnuclear.ca/all-things-nuclear/radiation/biological-effects-of-radiation/effects-of-ionizing-radiation-on-dna/

W większości wypadków uszkodzenie genomu jest od razu naprawiane przez specjalne mechanizmy. Jeżeli uszkodzenie jest poważne, komórka powinna wkroczyć na drogę apoptozy, czyli zaplanowanego "samobójstwa". W ten sposób organizm broni się przed dopuszczeniem do rozmnażania uszkodzonych komórek.

https://www.medme.pl/artykuly/apoptoza-co-to-jest-i-jakie-ma-znaczenie,67841.html

Jeśli apoptoza nie nastąpi i komórka z uszkodzonym genomem zacznie się namnażać, może dojść do powstawania zmian nowotworowych, ale i to nie zawsze - zależy jaki organ jak długo był napromieniowywany jaką dawką u jakiego osobnika [LINK]. Jeśli zaś zmiany dotyczą komórek rozrodczych - mogą powstać mutacje u potomstwa. Warto to rozgraniczyć.

W potocznym odczuciu mutacja popromienna, prowadząca do powstania przerażających "mutantów", ma miejsce po napromieniowaniu dowolnego osobnika - zwykle dorosłego lub młodocianego. Faktycznie jednak napromieniowanie w takim przypadku może wywołać jedynie chorobę popromienną [LINK] lub, przy mniejszych dawkach, odroczone w czasie zmiany nowotworowe. Aby powstał wspomniany "mutant" w potocznym tego słowa znaczeniu, napromieniowaniu musiałyby ulec komórki rozrodcze bądź płód w pierwszych miesiącach ciąży. I nawet wtedy ów mutant odbiega znacznie od potocznych wyobrażeń znanych z filmów i gier komputerowych. Pamiętajmy też, że działanie teratogenne (dosł. "tworzące potwory") poza promieniowaniem jonizującym ma bardzo wiele substancji chemicznych, zwłaszcza leków [LINK]. 

Jednym z najbardziej znanych przykładów działania teratogennego była sprawa leku o nazwie Talidomid. Był przepisywany kobietom w ciąży jako lek na nudności, nie wiedziano jednak, że powoduje niedorozwój kończyn u płodu. Na 15 tys. ciąż kobiet stosujących ten lek donoszonych zostało 12 tys., a spośród urodzonych wówczas dzieci 4 tys. zmarło przed ukończeniem 1 roku życia. Pozostałe ofiary przeżyły i w większości dożyły wieku dojrzałego, korzystając z różnego rodzaju protez, wspomagających szczątkowe kończyny. Jak widać, skutki mutacji, niezależnie od czynnika, który je wywołał, są śmiertelne albo na etapie zarodkowym/płodowym, albo w pierwszym okresie samodzielnego życia. Zwykle, jeśli mutacja jest poważna, organizm próbuje sobie radzić z tymi uszkodzeniami, eliminując wadliwe zarodki już na starcie. Nawet w warunkach normalnych 30% pierwszych ciąż kończy się poronieniem, bez udziału szkodliwych czynników zewnętrznych. Po prostu organizm widzi, że ten zarodek "nie udał się" z przyczyn losowych, więc pozbywa się go, aby przygotować się do następnej próby. Najczęściej dochodzi do tego na najwcześniejszym etapie ciąży, nawet jeszcze przed jej stwierdzeniem.

Oczywiście, czasem te mechanizmy nie zadziałają i rodzą się dzieci z poważnymi wadami wrodzonymi. Ale znów - rodziły się zawsze, jeszcze przed epoką nuklearną, i rodzą się nadal, choć aktualnie opad poczarnobylski stanowi zaledwie 0,5% tła promieniowania w Polsce. Zerknijmy na statystyki wad wrodzonych - pod ręką akurat miałem z województwa pomorskiego z lat 2003-2005:

Jeżeli zaś chodzi o przyczyny takich wad, to zwykle są złożone, i bezpośrednie czynniki środowiskowe stanowią zaledwie 7-10%. W większości przypadków przyczyna jest nieznana lub złożona - czyli promieniowanie może, ale nie musi się przyczyniać do powstania wad wrodzonych:

Źródło - https://www.pum.edu.pl/__data/assets/file/0019/59212/WLA_2013_I-_cz.pdf

Po awarii w Czarnobylu, gdy nad Polskę przesunęły się fale skażonego powietrza, ponoć zaobserwowano zwiększenie liczby narodzin dzieci z wadami. Trudno jednak zweryfikować tą informację z uwagi na działalność cenzury i braki w statystykach. Na pewno jod i cez znad Czarnobyla nie pozostały bez wpływu na rodzące się wówczas dzieci, jednak oddalenie Polski i względnie krótki czas narażenia osłabiły niekorzystne skutki, w porównaniu np. z terenami Ukrainy i Białorusi. Pamiętajmy też, że terytorium Polski nie zostało równomiernie pokryte opadem radioaktywnym z Czarnobyla, najsilniej ucierpiał rejon Opola, tzw. anomalia opolska:

Więcej na temat dystrybucji czarnobylskich skażeń wraz z mapami napisałem w osobnej notce - [LINK] Poniżej porównanie dodatkowej dawki otrzymanej po awarii przez ludność poszczególnych państw Europy:

https://www.focus.pl/artykul/skutki-zdrowotne-awarii-w-czarnobylu

Wracając do samego wpływu radiacji na ciążę pamiętajmy też, że wrażliwość płodu na radiację jest największa w pierwszym trymestrze, później znacznie się zmniejsza. Stąd też zaawansowane ciąże były mniej narażone niż wczesne. Fala paniki wywołanej czarnobylską katastrofą spowodowała jednak masowe aborcje "na wszelki wypadek", przy dużej zachęcie środowiska lekarskiego, tak w Polsce, jak i na większą jeszcze skalę w ZSRR. Były to działania nieuzasadnione, powodowane m.in. widmem "mutantów popromiennych". Trudno się jednak dziwić wobec blokady informacyjnej, która sprzyjała szerzeniu się różnego rodzaju plotek i pogłosek. W takich warunkach wystarczą jedne narodziny dziecka z drobną wadą, która co jakiś czas występowała od wieków, by po ubarwieniu przez kilku opowiadaczy całe miasto szeptało o "dwugłowym dziecku z ośmioma nogami". Mechanizm tworzenia się plotek, a z nich - legend miejskich - został już dość dokładnie przebadany (pamiętacie "złodziei nerek", "porywaczy dzieci w supermarketach" czy wcześniejsze "czarne wołgi"?). Oczywiście bierzmy też pod uwagę tendencję do zrzucania na Czarnobyl wszystkich zaburzeń rozwojowych u dzieci po 1986 r. , choć jak wykazałem wcześniej, mutacje mogą powstawać zupełnie spontanicznie albo na skutek kontaktu z wieloma innymi czynnikami środowiskowymi. Jest to oczywiście psychologicznie wytłumaczalne - łatwiej pogodzić się z sytuacją, gdy jest jeden konkretny "winny" zamiast nieokreślonych "czynników losowych", szczególnie jeśli wada jest poważna czy wręcz śmiertelna.

W przypadku mutacji popromiennych niestety często dochodzi do manipulacji ze strony środowisk antyatomowych, które twierdzą, że na skutek awarii w Czarnobylu narodziły się "miliony" zdeformowanych dzieci ze wszelkimi możliwymi wadami. Rewelacje te są popierane niezweryfikowanymi, ale drastycznymi fotografiami i wywołują ostry sprzeciw środowisk naukowych. Przykładem takiego filmu jest "Igor, dziecko Czarnobyla", którego treść zakwestionowali uczeni z UNSCEAR:

„W normalnej populacji pojawia się stale od około 4 do 6 % anomalii rozwojowych, z których od 1.5 do 3 % należy do ciężkich. W Republice Federalnej Niemiec np. na 10 tys. noworodków rodzi się 73 dzieci z deformacjami kończyn, 38 z zajęczą wargą, 15 z rozszczepieniem kręgosłupa, 3 z deformacjami oczu, 36 z wadami rozwojowymi mózgu i 14 z zespołem Downa. Takie dzieci, jak pokazane w filmie Igor - dziecko Czarnobyla, można znaleźć na całym świecie w każdym mieście wielkości Mińska.” - List Otwarty do Krajowej Rady Radiofonii i Telewizji, "Wiedza i Życie" nr 3/1998  http://archiwum.wiz.pl/1998/98032800.asp Cyt. za: https://www.focus.pl/artykul/skutki-zdrowotne-awarii-w-czarnobylu?page=3

Zerknijmy zatem jeszcze na Hiroszimę, gdzie można byłoby się spodziewać istnej epidemii wad wrodzonych u dzieci z racji silnego napromieniowania ich matek przez eksplozję "Little Boy'a".  Japońscy i amerykańcy uczeni przez wiele lat prowadzili badania nad urodzonymi wówczas dziećmi. Na 65431 ciąż wystąpiły 594 przypadki martwych urodzeń, poważnych deformacji itp., czyli 0,91 %. Dla porównania w Tokio, które było całkowicie poza zasięgiem radiacji, procent ten wyniósł 0,92. Badania były prowadzone wiele lat, aby wykryć ewentualne wady, które uaktywniają się w późniejszym wieku i nie zauważono znaczącego wzrostu częstotliwości wad tego typu. Więcej na ten temat:
https://www.rerf.or.jp/en/programs/roadmap_e/health_effects-en/geneefx-en/birthdef/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK234251/

Czyli, podsumowując, promieniowanie może wywołać mutację, ale nie tylko ono, bo czynników jest mnóstwo w naszym otoczeniu, i na szczęście organizm potrafi sobie z nimi do pewnego stopnia radzić. Niestety pewnych czynników nie przeskoczymy, gdyż dystrybucją wad wrodzonych rządzi przede wszystkim statystyka.

***

I ostatnia kwestia w sprawie mutacji. Szkodliwe mutacje, w tym popromienne, zwykle poważnie ograniczają zdolność do funkcjonowania danego osobnika, zatem popkulturalny obraz groźnego mutanta o ogromnej sile należy włożyć między bajki. Nawet jeśli mutacje są korzystne z ewolucyjnego punktu widzenia, to nie pojawiają się od razu i nie w takiej skali. Po prostu geny mutują w sposób losowy, część tych zmian zmniejsza szanse przeżycia osobnika, część jest neutralna, część zwiększa szanse na przetrwanie i rozmnożenie się. Stąd potomstwo wydają głównie osobniki najlepiej przystosowane i w kolejnych pokoleniach dana cecha ulega wzmocnieniu. Geny jednak mutują cały czas, i choć jedna cecha zwiększa przeżywalność, nagle może pojawić się mutacja, która przeżywalność zmniejszy. Stąd też gwałtowne przekształcenie jaszczurki w Godzillę pod wpływem napromieniowania nie mogłoby mieć miejsca. Tak samo jak powstanie Wojowniczych Żółwi Ninja na skutek oblania małych żółwików nieznanym mutagenem. Wspomniane zwierzęta mogłyby oczywiście wydać zmutowane potomstwo, jednak raczej nie przeżyłoby ono zbyt długo, szczególnie w warunkach naturalnych. Zmiany wywołane przez mutacje, zarówno spontaniczne, jak i spowodowane przez czynniki zewnętrzne, powstają bardzo powoli i potrzeba wielu pokoleń danego gatunku, aby znacznie zwiększyć masę mięśniową i gabaryty. Jest to oczywiście wyjątkowo nośny temat i świetny materiał na film, jednak przyczynia się do rozpowszechnienia bardzo fałszywego poglądu na promieniowanie i jego skutki.


--------------------------------------------------------------

* Pełny urzędowy wykaz substancji mutagennych można znaleźć na stronie Instytutu Medycyny Pracy  -http://www.imp.lodz.pl/home_pl/o_instytucie/reg_and_databases/prof_and_env_carcenogenesi/